JP3982897B2

JP3982897B2 - 植物育成装置

Info

Publication number: JP3982897B2
Application number: JP07556198A
Authority: JP
Inventors: 繁半田; 孝志守谷
Original assignee: Koito Industries Ltd
Current assignee: Koito Industries Ltd
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2018-03-24
Also published as: JPH11266704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物に光を照射する人工光源を備え、該人工光源により光環境を人為的に制御可能な植物育成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
植物の生育に光が必要なのは光合成を行うためであるが、植物の主な集光色素であるクロロフィルａやクロロフィルｂで最も吸収されやすい波長は、図６の吸収スペクトルに示される。すなわち、４００〜５００ｎｍ付近の青色光や、６００〜７００ｎｍ付近の赤色光が、光合成にとって有効な波長域であることが従来より知られている。
【０００３】
更に最近の研究によれば、自然光のうち６６０ｎｍ（Ｒ）と７３０ｎｍ（ＦＲ）を中心とする赤色光と遠赤色光の波長域に含まれる光量子束比（Ｒ／ＦＲ）が注目されている。すなわち、このＲ／ＦＲが、植物の形態形成に関係の深いフィトクロームの合成と分解に関与し、この値が大きいと、植物の種類によっては正常に育たない場合があることが判明した。
【０００４】
ところで、従来の植物育成装置では、人工光源として３波長域蛍光灯がよく用いられている。この３波長域蛍光灯は、青色（波長４５０ｎｍ）、緑色（波長５４０ｎｍ）、赤色（波長６１０ｎｍ）の３波長・狭帯域の発光を組み合わせたものであり、青色と赤色の部分で、前記植物の吸収スペクトル中の二つのピークに合致する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した植物育成装置では、人工光源が３波長域蛍光灯の単独光源から構成されていたので、該３波長域蛍光灯の特性上、光合成にとって有効な波長域の光は照射できたが、遠赤色光の光量子束は非常に少なかった。そのため、Ｒ／ＦＲの値が自然光に比べて格段に大きくなり、植物の種類によっては、著しく成長が阻害されたり、品質の劣化が生じるという問題があった。
【０００６】
かかる問題を解決すべく、最近では遠赤色（７００〜８００ｎｍ）に発光エネルギーを持つ遠赤色蛍光体を付加した新しい植物育成用蛍光灯も開発されている。しかしながら、新しい植物育成用蛍光灯は植物育成等の特殊な用途に限定され、概して高価である。従って、植物の種類に関係なく適正な光環境を実現でき、しかもなるべくコストを抑えることが可能な人工光源の開発が切望されていた。
【０００７】
本発明は、以上のような従来技術が有する問題点に着目してなされたもので、コストアップを招くことなく、様々な種類の植物に適する自然光に近い光環境を実現でき、特に、容易な構成でＲ／ＦＲを所望の値に設定することが可能な植物育成装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］植物に光を照射する人工光源（３０）を備え、該人工光源（３０）により光環境を人為的に制御可能な植物育成装置（１０）において、
前記人工光源（３０）は、植物の吸収スペクトル中の二つのピークに少なくとも合致する分光特性を持つ３波長域蛍光灯（３１）と、赤色光の多い分光分布を持つ白熱ランプ（４１）とを備え、
前記３波長域蛍光灯（３１）と前記白熱ランプ（４１）とを、互いの照射光が混合された状態で植物に照射されるように配設し、
前記３波長域蛍光灯（３１）と前記白熱ランプ（４１）のワット数を略２対１の比率に設定したことを特徴とする植物育成装置（１０）。
【００１０】
［２］前記３波長域蛍光灯（３１）と前記白熱ランプ（４１）のワット数を略２対１の比率に設定して成る光源ユニット（３０ａ〜３０ｃ）を複数有することを特徴とする［１］記載の植物育成装置（１０）。
【００１１】
［３］前記光源ユニット（３０ａ〜３０ｃ）単位で点灯数を変えることにより、前記３波長域蛍光灯（３１）と前記白熱ランプ（４１）とのワット数の略２対１の比率を一定に維持しつつ、光強度を段階的に制御可能なことを特徴とする［２］記載の植物育成装置（１０）。
【００１２】
次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。
［１］記載の植物育成装置（１０）によれば、人工光源（３０）の３波長域蛍光灯（３１）によって、植物の吸収スペクトルのうち短波長側のピークを成す４００〜５００ｎｍ付近の青色光、および長波長側のピークを成す６００〜７００ｎｍ付近の赤色光をカバーすることができる。しかし、３波長域蛍光灯（３１）だけでは、自然光に比べて遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）の波長域の光は相当不足する。
【００１３】
ところが、前記３波長域蛍光灯（３１）の照射光に、白熱ランプ（４１）の照射光を混合させることにより、該白熱ランプ（４１）の照射光に多く含まれる遠赤色光が付加されるため、Ｒ／ＦＲの値を、例えば自然光に近い値に設定することが可能となる。このように、広く普及しており安価な両ランプ（３１，４１）を組み合わせることで、コストアップを招くことなく、植物の種類を問わずに適正な生育を促せる光環境を実現できる。
【００１４】
ここで発明者らの調査研究によれば、３波長域蛍光灯（３１）と白熱ランプ（４１）のワット数を略２対１の比率に設定すれば、特に自然光に近いＲ／ＦＲの値を得ることができる。
【００１５】
［２］記載の植物育成装置（１０）によれば、３波長域蛍光灯（３１）と白熱ランプ（４１）のワット数を略２対１の比率に設定して成る光源ユニット（３０ａ〜３０ｃ）を複数有するから、該光源ユニット（３０ａ〜３０ｃ）の個数を増減させることにより、大型の装置から小型の装置まで幅広く適用することができる。
【００１６】
ここで［３］記載のように、前記光源ユニット（３０ａ〜３０ｃ）単位で点灯数を変えることにより、３波長域蛍光灯（３１）と白熱ランプ（４１）とのワット数の略２対１の比率を一定に維持しつつ、光強度を段階的に制御でき、これにより、任意のＲ／ＦＲの値の条件の下で、植物生育に対する光強度の影響を調べるような実験を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を代表する一の実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の一実施の形態を示している。
図１に示すように、植物育成装置１０は、箱型の機本体１０ａ内に育成室２０と機械室５０を備え、前記育成室２０内に温度や湿度を調整した空気を循環させて環境要因を人為的に制御し、植物の生育試験を行う装置である。本発明の根幹を成す人工光源３０は、育成室２０の天井壁に配設されている。
【００１８】
育成室２０は植物を育成する部屋であり、その底面部側には機本体１０ａの底面壁と平行な床板２１が配設されている。床板２１には多数の吹出孔２２が開設され、この床板２１下方は、育成室２０内へ調整済みの空気を吹き出す吹出空間２０ａとなっている。植物を植えた鉢等は床板２１上に載置する。
【００１９】
人工光源３０は、植物に光を照射して光環境を人為的に制御するものであり、３波長域蛍光灯３１と白熱ランプ４１から成る。３波長域蛍光灯３１と白熱ランプ４１は、それぞれ互いの照射光が混合された状態で、床板２１上の植物に照射されるように配設されている。
【００２０】
３波長域蛍光灯３１は、図６に示す植物の吸収スペクトル中の二つのピークに少なくとも合致する分光特性を有する。３波長域蛍光灯３１は、低圧の水銀蒸気放電ランプの一種であり、具体的には例えば、図３に示すような分光エネルギー分布の光を照射するものである。すなわち、青色（波長４５０ｎｍ）、緑色（波長５４０ｎｍ）、赤色（波長６１０ｎｍ）の３波長・狭帯域の発光を組み合わせて成り、青色と赤色の部分で、図６に示す植物の吸収スペクトル中の二つのピークに合致している。
【００２１】
一方、白熱ランプ４１は、タングステンのフィラメントを通電によって高温に白熱させ、その放射熱によって発光させるランプである。白熱ランプ４１は、遠赤色光の多い分光分布を持っており、具体的には例えば、図４に示すような分光エネルギー分布の光を照射するものである。すなわち、遠赤色光（７００ｎｍ〜）の光量子束が非常に多いのが特徴となっている。
【００２２】
３波長域蛍光灯３１と白熱ランプ４１は、それぞれ互いの照射光が混合された状態で、床板２１上の植物に照射されるように配設されている。本実施の形態における人工光源３０は、図２に示すように、３波長域蛍光灯３１と白熱ランプ４１のワット数を、略２対１の比率に設定した３組の光源ユニット３０ａ〜３０ｃを具備して成る。
【００２３】
図２において、３波長域蛍光灯３１は、いわゆるツインタイプの形状のものであり１個が９６Ｗで、白熱ランプ４１は１個が３８Ｗのものを用いている。なお、個々の３波長域蛍光灯３１、白熱ランプ４１の数や配置は、図示したものに限定されず、例えば、図示省略したが、中央に３波長域蛍光灯３１を配置させて、その両側に白熱ランプ４１を平行に並べるように配置させてもよい。
【００２４】
図２に示すように、各光源ユニット３０ａ〜３０ｃ中における個々の３波長域蛍光灯３１、白熱ランプ４１には、電源側に通電させるためのスイッチであるＳＷ１〜ＳＷ６が接続されている。更にＳＷ１，ＳＷ２は、ともにＳＷ７を介して電源側に接続され、ＳＷ３〜ＳＷ６は、まとめてＳＷ８を介して電源側に接続されている。
【００２５】
各ＳＷ１〜ＳＷ８のスイッチング操作によって、人工光源３０は、各光源ユニット３０ａ〜３０ｃ単位で点灯数を変えることができ、３波長域蛍光灯３１と白熱ランプ４１のワット数を所定比率に維持しつつ、光強度を段階的に制御できるように設定されている。各ＳＷ１〜ＳＷ８のスイッチング操作は、手動で行ってもよく、あるいは制御手段による自動調整で行ってもよい。
【００２６】
また、機械室５０は、仕切り壁２５や空気中の塵や埃を除去するエアーフィルター２６によって、前記光源室３０から仕切られており、機械室５０内には、空気の温度や湿度を調整して一定方向に送る空気調整装置が配設されている。ここで空気調整装置は具体的には、送風機５１、冷却コイル５２、電気ヒータ５３、および加湿ノズル５４を組合せてなる。これら送風機５１等、空気調整装置の構成装置の稼動は制御装置（コンピュータ）により制御されている。
【００２７】
次に作用を説明する。
前記植物育成装置１０によれば、人工光源３０の３波長域蛍光灯３１により、図３に示す分光エネルギー分布の光が照射される。かかる３波長域蛍光灯３１の照射光によれば、図６に示す植物の吸収スペクトルのうち短波長側のピークを成す４００〜５００ｎｍ付近の青色光、および長波長側のピークを成す６００〜７００ｎｍ付近の赤色光をカバーすることができる。
【００２８】
３波長域蛍光灯３１だけでは、自然光（図５参照）に比べて、遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）の波長域の光は相当不足する。このような３波長域蛍光灯３１の照射光に、白熱ランプ４１の照射光を混合させることで、図４に示すように、白熱ランプ４１の照射光に多く含まれる遠赤色光が付加される。
【００２９】
従って、光合成効率の高い吸収スペクトルの分光分布に合致する光を効率的に照射できるばかりでなく、植物の形態形成に関係の深い前記Ｒ／ＦＲの値を、図５に示す自然光に近い値に容易に設定することができる。このように、広く普及しており安価な両ランプ３１，４１を組み合わせることで、コストアップを招くことなく、植物の種類を問わずに適正な生育を促せる光環境を実現できる。
【００３０】
特に本実施の形態では、発明者らの調査研究に基づき、３波長域蛍光灯３１と白熱ランプ４１のワット数を略２対１の比率に設定しているため、特に自然光に近いＲ／ＦＲの値を得ることができる。ここで光源ユニット３０ａ〜３０ｃ単位で点灯数を変えることにより、３波長域蛍光灯３１と白熱ランプ４１とのワット数の比率を一定に維持しつつ、光強度を段階的に制御できる。
【００３１】
具体的には、高強度は３段階に調整できるようになっており、図２において、例えばＳＷ１，ＳＷ２およびＳＷ７をＯＮにして、他のＳＷ（ＳＷ８のみで足りる。）をＯＦＦにすれば、一つの光源ユニット３０ａのみが点灯する。このように各ＳＷ１〜ＳＷ８の操作により、光源ユニット３０ａ〜３０ｃを１つのみ、２つ、あるいは３つ総て点灯させるという具合に段階的に調整でき、予め設定したＲ／ＦＲの値を変えることなく、植物生育に対する光強度の影響を調べるような実験を行うことができる。
【００３２】
更にまた、各ＳＷ１〜ＳＷ８の操作により、各光源ユニット３０ａ〜３０ｃを構成する３波長域蛍光灯３１と白熱ランプ４１のどちらか一方を選択的に点灯する等して、両ランプ３１，４１のワット数を異なるように調整することも可能であり、Ｒ／ＦＲ自体を任意に調整してもよい。両ランプ３１，４１の点灯個数の調整により、両ランプ３１，４１のワット数の比を、２：３，４：３，６：２，６：１等と簡単に設定でき、Ｒ／ＦＲを任意に調整することができる。
【００３３】
また、植物育成装置１０内における空気は、先ず機械室５０内の冷却コイル５２や電気ヒータ５３により所望の温度に調整され、加湿ノズル５４により所望の湿度に調整された状態で、送風機５１の稼動により育成室２０下方の吹出空間２０ａへ送られる。
【００３４】
この調整済みの空気は、育成室２０の床板２１にある多数の吹出孔２２を通って育成室２０内へ吹き出される。育成室２０内の空気は、人工光源３１が配設されている天井側を通って、機械室５０の上端側に送られて、再び機械室５０内の冷却コイル５２や電気ヒータ５３により所望の温度に調整される等して、吹出空間２０ａ側へと循環する。
【００３５】
なお、本発明に係る植物育成装置は、前述した実施の形態に係る具体的構成に限定されるものではない。例えば、人工光源３１は、ガラス板等により育成室２０から区切るように設けた光源室内に設置するようにしてもよい。また、人工光源３１は、３個の光源ユニット３０ａ〜３０ｃから成るが、光源ユニットの個数を増減させることにより、大型の装置から小型の装置まで幅広く適用することができる。
前記両ランプ３１，４１の特性や、図３，図４のグラフは、社団法人照明学会編，光バイオインダストリー（オーム社）を参照した。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係る植物育成装置によれば、人工光源は、青色光の多い分光分布を持つ３波長域蛍光灯と、赤色光の多い分光分布を持つ白熱ランプとを備え、両ランプを、互いの照射光が混合された状態で植物に照射されるように配設したから、簡易かつ安価な構成で、光合成効率の高い吸収スペクトルの分光分布に合致する光を効率的に照射でき、特にＲ／ＦＲを所望の値に設定でき、植物の種類を問わず適正な生育を促せる光環境を実現することができる。
特に、３波長域蛍光灯と白熱ランプのワット数を略２対１の比率に設定したことにより、自然光に近いＲ／ＦＲの値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人工光源を構成するランプの配線を説明する平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人工光源を構成する３波長域蛍光灯の分光分布を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人工光源を構成する白熱ランプの分光分布を示すグラフである。
【図５】自然光における分光エネルギー分布を示すグラフである。
【図６】一般植物における光の吸収スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…植物育成装置
１０ａ…機本体
２０…育成室
２０ａ…吹出空間
２１…床板
３０…人工光源
３０ａ〜３０ｃ…光源ユニット
３１…３波長域蛍光灯
４１…白熱ランプ
５０…機械室

Claims

植物に光を照射する人工光源を備え、該人工光源により光環境を人為的に制御可能な植物育成装置において、
前記人工光源は、植物の吸収スペクトル中の二つのピークに少なくとも合致する分光特性を持つ３波長域蛍光灯と、赤色光の多い分光分布を持つ白熱ランプとを備え、
前記３波長域蛍光灯と前記白熱ランプとを、互いの照射光が混合された状態で植物に照射されるように配設し、
前記３波長域蛍光灯と前記白熱ランプのワット数を略２対１の比率に設定したことを特徴とする植物育成装置。
前記３波長域蛍光灯と前記白熱ランプのワット数を略２対１の比率に設定して成る光源ユニットを複数有することを特徴とする請求項１記載の植物育成装置。
前記光源ユニット単位で点灯数を変えることにより、前記３波長域蛍光灯と前記白熱ランプとのワット数の略２対１の比率を一定に維持しつつ、光強度を段階的に制御可能なことを特徴とする請求項２記載の植物育成装置。